结构大师系列—Peter Rice
彼得.赖斯Peter Rice（1935~1992）
1935年6月16日伴随着一阵啼哭，彼得·赖斯（Peter Rice）出生于爱尔兰首都都柏林。成年后在学习，后来转为。1956年，赖斯毕业后就职于奥雅纳事务所（Arup），并在接下来几十年职业生涯中，他为Arup拥有今天的业界声誉立下了汗马功劳。因此在成为Arup资深合伙人后，1982年他被特许组建自己的合伙人公司RFR（与Renzo Piano和 Ian Ritchie合伙创建）。
赖斯是20世纪最具天赋的结构工程师之一，曾在二十世纪三个非常重要的建筑作品中担当结构工程师：悉尼歌剧院（与Ove Arup合作），蓬皮杜艺术中心和劳埃德大厦。与他合作的建筑师都对他赞誉有加，因为他不仅拥有结构工程师严谨的逻辑思维，还拥有诗人般的创造力。
接下来小i将通过对赖斯几项世界闻名项目的介绍，为大家展示大师传奇的一生。
初生牛犊不怕虎 牛刀小试露锋芒
悉尼歌剧院（Sydney Opera House）
悉尼歌剧院的设计从刚开始就极具戏剧化。在众多的竞赛作品中，尤恩·伍重（Jørn Utzon）的设计原本在技术评审阶段就已被否决。幸好建筑师伊尔·沙里宁力荐要求复审伍重的设计，才使得这个极具视觉冲击的建筑没有被扔进历史的废纸堆。然而独树一帜的建筑外形，也随之带来了前所未有的结构挑战。
尤恩·伍重方案草图
竞赛落幕没多久，伍重开始与结构事务所Arup合作。随后赖斯被派往悉尼，担任Arup驻场工程师，当时他只有28岁，负责屋面设计与深化。最初，工程师们想尽办法要将竞赛时的设计付诸实现。竞赛时歌剧院的外形为非规则的几何形状。赖斯利用他数学与几何方面的天赋，耗费三年多时间试图用抛物线去拟合屋面的外形，并结合各种结构形式，来完成混凝土薄壳。但都无法解决外观上的不规则对日后铺瓦工程带来的巨大挑战。
最终抛物线方案由于其巨大的施工困难被证明几乎是不可能被实现的，伍重最初的方案不得不被放弃。重新设计提出的“船帆”方案为加肋混凝土壳体。这使得混凝土预制成为可能，并且可以对每个肋单元进行独立分析设计，大大简化了屋面的分析计算和施工难度。此时，赖斯负责计算机分析工作，在当时他是为数不多能够掌握计算机分析技术的结构工程师。
最终，方案定格在了球状设计。这样一来，每个壳顶都出自同一球面，简单的预铸模才得以重复利用来构造整个外观。就结构而言，那些弧形的屋肋也均可预制，而且彼此之间都有几何上的关系。同时屋面瓦片也可被做成标准件，大大节省了造价。
屋顶单球体的几何构成原理
悉尼歌剧院的设计充分印证了赖斯在数学、几何及计算机应用方面的天赋。在此期间，赖斯开发了一个关键性的3D程序，可将已有单元的实际测量位置与其理论位置进行对比。根据对比结果对下一单元制作与安装进行相应调整，以确保预制构件的精确安装和整个屋面铺装的顺滑。这是计算机技术在建筑设计领域的首次应用，无疑是开创性的。
施工中的屋顶（肋拱与屋瓦的几何关系清晰可见）
万物各得适 诸法本相通
蓬皮杜艺术中心(Centre Georges Pompidou)
赖斯在他的著作《工程师奇想》中提到，蓬皮杜艺术中心是他职业生涯真正的开始。1971年赖斯力邀建筑师罗杰斯和皮亚诺参加蓬皮杜中心的竞赛。赖斯期望利用装配巨型结构体系让结构外露，充分表达结构的力与美。而罗杰斯和皮亚诺则希望探索一种灵活可变的大空间。因此，蓬皮杜中心的投标方案应运而生，并在681份方案中脱颖而出。
蓬皮杜艺术中心室内灵活的无柱大空间
中标的建筑方案，不仅实现了室内44.8m的无柱空间，且建筑使用功能灵活，需考虑较大的活荷载。中标结构方案原为巨型框架结构，对于大跨度展馆显然合情合理。但最吸引人的建筑立面，却是一道透明的墙体。如果采用巨型钢框架，这道玻璃墙则更像监狱铁窗，让人无法接受。
建筑通透的立面
赖斯团队应用了贝格尔悬臂梁（海因里希.贝格尔于19世纪60年代发明用于桥梁），优雅地解决了结构、空间和建筑的所有矛盾。贝格尔悬臂梁，就像一个转轴在立柱上的跷跷板，短的一头支撑着主跨的桁架大梁，承担桁架传来的剪力；另一端由固定在建筑底部的拉杆紧紧拉住。由于桁架梁端为铰接连接，柱截面得以减小，同时外层立柱被拉杆取代，视觉的干扰降至最小，透明立面的建筑效果得以实现。
结构横剖面
贝格尔悬臂梁
除了结构形式的创新，蓬皮杜艺术中心最为人称道的就是它精妙的节点设计。钢结构建筑通常由标准型材建造，连续的生产线保证了质量的可靠，但单调的几何一致性也妨碍了建筑个性化表达。针对这个不寻常的建筑，赖斯选择了铸钢。
蓬皮杜艺术中心节点
铸造工艺自19世纪末以来并无太大的改变，但针对其设计却缺乏相应的依据。赖斯将一种可以预测金属在拉力作用下的断裂表现，即“断裂力学”（fracture mechanics），的新技术引入结构设计，用于预测贝格尔梁的结构承载力和调整材料成分。今天我们对铸钢件的使用已相当普遍，但铸钢件的相应理论分析，仍然参考了赖斯的这一思路和方法。
蓬皮杜艺术中心贝格尔梁铸件
赖斯除了在几何与计算机分析方面的天赋，最为人津津乐道的就是他对各种材料的应用。无疑，赖斯是材料的探索者，他不发明材料，而是寻求对材料新的使用方式，并将其推向极致，以寻求建筑与技术，形式与材质的融合。
梅耶收藏馆立面
1981年完成的梅耶收藏馆（menilcollection gallery）是皮亚诺和赖斯共同组建事务所之后开始的项目，被皮亚诺认为是他和赖斯合作最好的作品之一。当时，业主要求所有的展厅应有自然采光，皮亚诺根据业主要求，希望通过屋面光线来沟通室内外。因此，赖斯改良了掺杂铁粉的混凝土，利用它的可塑性来预制曲面“页片”。并通过将页片错落布置，形成了室内光带的效果。同时，页片自身也起到了钢框架间次梁的作用。
梅耶收藏馆细部
1988年，赖斯接受了设计塞尔维亚世博会未来馆的任务，业主明确要求高度视觉化的效果，赖斯在此找到了探索传统石材结构在现代建筑中应用的场所，创作了极轻巧的外形。他利用当地的石材，预制了长5m，宽0.8m的构件，并借助计算机分析，最终完成了现代石材建筑飘逸的立面效果。
塞尔维亚世博会未来馆
本来只道千钧重 看破元无一羽轻
拉维特（La Villette）是巴黎最大的公园之一，建筑师Adrien Fainsilber负责在此建造巴黎新科学博物馆。Fainsilber邀请赖斯担当结构设计，赖斯拒绝了钢结构设计部分，但对公园内三座巨大的玻璃房子及玻璃穹顶产生了浓厚的兴趣。因为，他将有机会深入研究玻璃这种通透的材料，并将其带入一个新的纪元。
巴黎新科学博物馆
通透是玻璃建筑最重要的特点，而在当时，大多数建筑的玻璃幕墙均为有框幕墙。赖斯追求的是更加通透、更加纯粹的玻璃结构。赖斯深入考察了玻璃的基本特性，研究其作为结构构件使用的可能性。由于玻璃的抗剪承载力较低，若想玻璃获得最高的承载力，需保证外荷载完全垂直于玻璃平面。换句话说需要玻璃的边界是在一定范围内可调的，一方面用于消耗玻璃安装时的累积误差，另一方面减少玻璃意外破裂的可能性。
巴黎新科学博物馆拉索幕墙示意图
赖斯提出的解决方案是铰接螺栓悬挂系统（articulated bolt suspension system ），简称Les Serres，系统由四个部分组成：玻璃用于提供面内刚度、悬挂系统（弹簧和夹具）用于夹持玻璃、预应力钢索用于承担面外荷载、主钢结构用于为拉索提供边界条件。这种典型的拉索幕墙系统，现在我们可以在世界各地的建筑上看到。但在当时相关的规范和实际应用中均无可参照依据。评审机构组织了广泛的同行评议，Arup高级合伙人Jack Zunz开发了专门的程序，证明了系统的可靠性和可行性。
拉索幕墙细部
Rice在拉索幕墙上引体向上
拉索幕墙在巴黎新科学博物馆的成功应用，促使赖斯将其成功用于诸多项目。包括卢浮宫倒金字塔、Passerelle Lintas人行天桥、巴黎两座巨大的温室、戴高乐机场等。以下列一下项目图片，与大家分享。但由于篇幅所限，小i在此就不一一介绍了。
卢浮宫倒金字塔
Passerelle Lintas人行天桥
Parc Citroën Cévennes 温室
事了拂衣去 深藏功与名
赖斯凭借其分析能力和创造热情，在其职业生涯中深得同时代建筑师的认同，与他合作的建筑大师名单在今天仍亮瞎了小i的眼，尤恩·伍重（Jørn Utzon），、弗雷.保罗.奥托（Frei Paul Otto）、贝聿铭（I. M. Pei）等等。但在广大群众眼中，彼得.赖斯（Peter Rice）的名字却远没有与他合作的建筑师那样熠熠生辉。
在赖斯的自传《工程师奇想》中，他写道“结构工程师的自我在他人的屏幕后被隐藏了”，“缺乏职业认同感，是工程师最根本的弱点”。他始终认为结构工程师应当被独立对待，而不是隐藏在建筑师身后。谨以此文纪念大师，由于篇幅所限，大师的很多知名作品未被提及，如伦敦斯坦斯特德机场，关西机场，劳埃德大厦等。以下为项目图片，与大家分享。
伦敦斯坦斯特德机场
日本关西机场
劳埃德大厦
水晶宫体育中心
IBM Pavillon
参考资料：
1 “悉尼歌剧院”话题之一| 结构大师彼得·莱斯的驻场故事 DR设计与研究
2 结构工程师——蓬皮杜艺术中心——建筑的文化想象 卢永毅等
3 彼得.莱斯——天才的结构工程师 朱晓东
4 https://www.Engineer-Timelines.com/who/Rice_P
5 https://en.wikipedia.org/wiki/Peter_Rice
6 《工程师奇想》 彼得.莱斯
7 图片来源于谷歌图片、百度图片
延伸阅读：知名工程巡礼系列—卢浮宫玻璃金字塔
转载本文请注明出处 iStructure微信公众号
开设iStructure公众号的初衷是分享结构工程领域的见闻、优秀的设计和自己一些不太成熟的思考，向更多人呈现结构设计有趣的一面。